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        鋁空氣可行性電池探究設(shè)計(jì)

        2016-04-21 13:48:29胡致平
        求知導(dǎo)刊 2016年8期

        胡致平

        摘 要:原電池工作原理及化學(xué)電源的相關(guān)知識(shí)是高中化學(xué)中十分重要的內(nèi)容,這部分知識(shí)很好地體現(xiàn)了化學(xué)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)、生活的重要價(jià)值,又是化學(xué)研究的熱點(diǎn)。因此,探究設(shè)計(jì)各類高效電池是每位化學(xué)工作者常思考的問題。受原電池教學(xué)習(xí)題中一題目信息顯示,有一種稱為“軟電池”的紙質(zhì)電池,它采用一個(gè)薄紙片作為傳導(dǎo)體。受此啟發(fā),筆者結(jié)合課本原電池的工作原理探究設(shè)計(jì)了幾種鋁空氣高效電池。

        關(guān)鍵詞:原電池原理;高效電池;鋁空氣電池;探究設(shè)計(jì)

        中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 收稿日期:2015-12-24

        基金項(xiàng)目:本課題為白銀市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“新課標(biāo)下農(nóng)村中學(xué)化學(xué)可行性實(shí)驗(yàn)探究”(BY[2015]G048)。

        近年高考實(shí)驗(yàn)題目主要以綜合性探究實(shí)驗(yàn)為主,設(shè)置趣味電化學(xué)實(shí)驗(yàn)是近年高考的熱點(diǎn)。但我們平時(shí)所演示的實(shí)驗(yàn)往往是固體和溶液反應(yīng)或是氣體與氣體反應(yīng)的燃料電池, 設(shè)計(jì)以固體與固體為反應(yīng)物且適合在課堂上演示的原電池不常見,以往演示實(shí)驗(yàn)取材往往是在實(shí)驗(yàn)室里。筆者設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)選用材料多數(shù)來(lái)源于生活中常見的物質(zhì),做到了廢物利用。

        筆者借鑒設(shè)計(jì)一般燃料電池的方法,探究、設(shè)計(jì)、制作了新穎且易于演示的鋁空氣電池,并檢驗(yàn)了所設(shè)計(jì)電池的工作狀況,效果很好。

        一、實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

        鋁皮、鋁箔、活性炭粉、廢舊電池、碳棒、枯木炭、鋁皮易拉罐、飽和食鹽水、紗布、濾紙等。

        二、電池工作原理

        負(fù)極反應(yīng):Al-3e-=Al3+

        正極反應(yīng):O2+2H2O+4e-=4OH-

        總反應(yīng):4Al+3O2+6 H2O=4Al(OH)3

        電極材料選擇:負(fù)極鋁皮或鋁箔,正極活性炭。選活性炭的好處:活性炭疏松,能吸附大量的氧氣,并且對(duì)鋁與空氣的反應(yīng)有一定的催化作用。

        三、電池的制作

        1.包扎式電池的制作(層疊式電 池)

        包扎式電池由四層組成:先鋪一層鋁箔,作為電池的負(fù)極,在其上面鋪一層比它稍大的濾紙,在濾紙上面鋪一層活性炭粉,以吸附更多氧氣,滴上飽和食鹽水作電解質(zhì),最后再鋪一層濾紙,這樣就做好了一個(gè)電池。為了獲得更高的輸出電壓,重復(fù)以上操作幾次,形成多池串聯(lián)。中間插一碳棒,把多層結(jié)構(gòu)與碳棒捆在一起。為了檢驗(yàn)包扎式電池的工作情況,筆者將電池連接音樂盒,音樂盒發(fā)出優(yōu)美、動(dòng)聽的音樂,在課堂上愉悅了學(xué)生心情,同時(shí)激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

        2.卷制式電池

        取得更好的實(shí)驗(yàn)效果是每個(gè)化學(xué)老師努力的目標(biāo),為了使電池使用效果更好,筆者制作了卷制式電池。借鑒以往燃料電池的制作方法,在飽和食鹽水浸泡的兩層紗布中間包裹活性炭粉,把紗布繞在碳棒上,多次纏繞,以增加活性炭粉的量,吸附氧氣的量也隨之增加,在紗布的最外面卷上一層鋁箔作負(fù)極。當(dāng)然,為了獲得更高的輸出電壓,也可以將多節(jié)電池串聯(lián)。這種電池的使用效果很好,一節(jié)電池能帶動(dòng)一個(gè)小鬧鐘。

        3.棒式電池

        取一根廢棄的干電池碳棒作正極,再取一張餐巾紙,緊緊地包裹在碳棒上,用飽和食鹽水浸濕,再取一張鋁箔緊緊地包裹在碳棒上面作負(fù)極,接上電流計(jì)檢驗(yàn),指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

        4.高品質(zhì)電池

        取一個(gè)鋁皮易拉罐,用剪刀剪去罐 蓋,再用砂紙卷成筒狀(有沙面朝外), 磨掉易拉罐里的膠層,再取一張餐巾紙,使其緊貼罐壁,再倒入一些飽和食鹽水,使其浸潤(rùn)餐巾紙,再插入一根木炭棒,并在其周圍填上碎木炭,用木棒壓實(shí),直至裝滿為止。這種電池的輸出電壓較高,大概為1.5V,一節(jié)電池能帶動(dòng)一個(gè)小鬧鐘。

        5.生活化電池制作

        在制作生活化電池時(shí),筆者選用鋁易拉罐作負(fù)極,燒烤用的枯木炭作正極。具體制作方法為:在木炭的外面包上用飽和食鹽水浸泡的紗布隔離木炭和易拉罐,把包有紗布的木炭伸進(jìn)鋁易拉罐。經(jīng)過檢驗(yàn),該電池的輸出電壓很大,適合學(xué)生在家里自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn),從而大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的興趣,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生勇于探索的精神。

        本實(shí)驗(yàn)的負(fù)極鋁沒有毒性和危險(xiǎn)性,鋁對(duì)人體不會(huì)造成傷害,可以回收循環(huán)使用,不污染環(huán)境。鋁的原材料來(lái)源豐富,有大規(guī)模的鋁冶煉廠,生產(chǎn)成本較低。鋁回收再生方便,回收再生成本也較低,而且可以采用更換鋁電極的方法,來(lái)解決鋁空氣電池充電較慢的問題。該實(shí)驗(yàn)具有目的性、探索性、現(xiàn)實(shí)性和易感知性,可以加深學(xué)生對(duì)原電池工作原理的理解,提高學(xué)生學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容的興趣,同時(shí)使學(xué)生感受到化學(xué)科技的魅力。該實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行,學(xué)生可以輕松地自己動(dòng)手完成,在生活中就能找到制作電池的材料,大大拉近了化學(xué)與學(xué)生的距離。

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